Usando lentes gravitacionais, podemos observar os gases que formaram as primeiras galáxias.

Os físicos estimam que o Big Bang ocorreu há cerca de 13,8 bilhões de anos. Não muito tempo depois do Big Bang, nuvens massivas de gás hidrogênio principalmente conhecidas como sistemas Damped Lyman-α (DLAs) começaram a se condensar lentamente nas primeiras estrelas. Grupos suficientemente grandes de estrelas e outras matérias se fundiriam para formar galáxias.

Os DLAs atuam como berçários galácticos e podem ser observados hoje. Em pesquisa recém-publicada por uma equipe internacional na Nature, são apresentados os resultados de um novo método de detecção de DLAs. A técnica envolve um novo instrumento e uma pequena ajuda do próprio universo na forma de uma consequência funky da Teoria da Relatividade Geral de Einstein.

O método existente para observar nuvens DLA usa quasares como um substituto para uma espécie de “luz de fundo” cósmica. Quasares são buracos negros supermassivos que emitem radiação gama. À medida que a radiação emitida pelo quasar passa pelos DLAs antes de chegar à Terra, alguns dos raios gama são absorvidos no denso gás atômico que compõe o DLA, deixando uma impressão digital na forma de linhas de absorção.

Mas esse método não nos diz nada sobre a geometria ou o tamanho dos berçários galácticos, dando-nos apenas informações sobre a seção pela qual a explosão gama do quasar passou.

“Os DLAs são a chave para entender como as galáxias se formam no universo, mas normalmente são difíceis de observar, pois as nuvens são muito difusas e não emitem luz por si mesmas”, diz o principal autor do novo artigo, Rongmon Bordoloi, professor assistente de física. na North Carolina State University, EUA.

Em vez do método quasar de décadas, a equipe – que inclui colaboradores da Swinburne University of Technology da Austrália e da Australian National University – encontrou uma maneira de usar lentes gravitacionais para ampliar dois DLAs de 11 bilhões de anos e o galáxias hospedeiras dentro.

“Galáxias com lentes gravitacionais referem-se a galáxias que parecem esticadas e iluminadas”, diz Bordoloi. “Isso ocorre porque há uma estrutura gravitacionalmente massiva na frente da galáxia que dobra a luz que vem dela enquanto viaja em nossa direção. Então acabamos olhando para uma versão estendida do objeto – é como usar um telescópio cósmico que aumenta a ampliação e nos dá uma melhor visualização.

“A vantagem disso é dupla. Primeiro, o objeto de fundo é estendido pelo céu e brilhante, por isso é fácil fazer leituras de espectro em diferentes partes do objeto. Dois, porque a lente estende o objeto, você pode sondar escalas muito pequenas. Por exemplo, se o objeto tem um ano-luz de diâmetro, podemos estudar pequenos pedaços com alta fidelidade.”

Uma vez que o telescópio cósmico faz seu trabalho e estende o DLA pelo céu, a parte difícil é obter leituras. Esta é normalmente uma tarefa muito difícil e demorada. A equipe contornou isso realizando espectroscopia de campo integral com o Keck Cosmic Web Imager – um instrumento para o telescópio Keck II no Observatório W. M. Keck em Kamuela, Havaí. Esse tipo de espectroscopia permitiu que os pesquisadores obtivessem um espectro em cada pixel no mapa 2D do céu observado.

A equipe não apenas conseguiu descobrir o tamanho dos dois DLAs encontrados, mas também detectou galáxias hospedeiras em ambos.

“Esperei a maior parte da minha carreira por essa combinação: um telescópio e um instrumento suficientemente poderosos, e a natureza nos dando um pouco de alinhamentos de sorte para estudar não um, mas dois DLAs de uma maneira nova e rica”, diz John O’Meara, chefe cientista do W.M. Observatório Keck. “É ótimo ver a ciência se concretizar.”

Cada um com mais de dois terços do tamanho da Via Láctea – e mais de três vezes maior que a galáxia média de 13 bilhões de anos atrás – os DLAs são enormes em cerca de 57.000 anos-luz de diâmetro.

“Mas, para mim, a coisa mais incrível sobre os DLAs que observamos é que eles não são únicos – eles parecem ter semelhanças em estrutura, galáxias hospedeiras foram detectadas em ambos e suas massas indicam que eles contêm combustível suficiente para a próxima geração. de formação de estrelas”, diz Bordoloi.

Os cientistas acreditam que seu método permitirá mais detecção e estudo de DLA. “Com esta nova tecnologia à nossa disposição, seremos capazes de aprofundar como as estrelas se formaram no início do universo”, acrescenta Bordoloi.

Créditos: Evrim Yazgin

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